第七章热力学基础2012

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1、第七章热力学基础教学目标*掌握热力学第一定律,理想气体等值过程和绝热过程中功、热量、内能及卡诺循环。*理解热力学第二定律两种叙述及可逆过程和不可逆过程。*了解热力学第二定律统计意义及熵的概念。教学内容§7-1准静态过程§7-2热力学第一定律§7-3等值过程和绝热过程§7-4循环§7-5热力学第二定律§7-6热力学第二定律的统计意义§7-7热力学理论的拓展及其应用作业7-3）、7-5)、7-8）807-10）、7-12）、7-14）、7-16)、7-19)、7-21）、7-23)、7-27）、7-29）、

2、7-33）、7-37）、7-40）、――――――――――――――――――――――――――――――――――§7-1准静态过程一准静态过程1热力学系统：把所研究的宏观物体（如气体、液体、固体或其它物体）叫热力学系统。它是由大量分子组成的系统，也称为工作物质。2外界：把与热力学系统相互作用的环境称为外界。80按外界与系统关系可以将系统分成以下几类：一般系统----有功、有热交换透热系统----无功、但有热交换绝热系统----有功、无热交换孤立系统----无功、无热交换3热力学过程（1）定义：当热力学系统由一个

3、平衡态向另一个平衡态过渡时，系统的状态参量将随时间变化。这个状态变化的过程叫热力学过程。（2）分类：***按研究对象与外界的关系分自发过程：不借助外界帮助自动地进行的过程。非自发过程：在外界帮助下进行的过程。80***按过程特征分等体过程，等压过程，等温过程和绝热过程。***按过程所经历的状态分准静态过程---理想过程。非静态过程----实际过程。4准静态过程（1）定义：如果热力学过程中所经历的中间状态都无限接近平衡态，这样的热力学过程叫准静态过程。（2）典型例子：压缩气体在气缸中缓慢的无摩擦的膨胀过程

4、。80（3）引入准静态过程的必要性和好处弛豫时间τ:一平衡态被破坏后再恢复到新的平衡态，需要一定时间。这个时间叫弛豫时间。如果过程进行时间t〈弛豫时间τ，则称这个过程进行得快。如果过程进行时间t〉弛豫时间τ，则称这个过程进行得慢。同一系统中，不同物理量趋于平衡所需时间不一样，通常使气体压强达到平衡，要比使各处的温度达到平衡来得快。即系统压强的驰豫时间比温度的驰豫时间要短。80在热机气缸工作过程中，工作物质平衡态被破坏，是压强不均匀，所以弛豫时间很小，而活塞运动，虽然每分钟往复运动几百、几千次，但运动时间

5、比τ大很多，所以热机中工作物质的状态变化，可以当作准静态过程来研究。准静态过程:弛豫时间τ远小于状态变化时间的实际过程。二P－V图按物态方程，状态参量P、V、T中两个独立，给定任意两个参量可确80定第三参量。PV图上一点代表一平衡态，坐标对应状态参量。P－V图上一曲线代表一准静态过程，曲线方程即过程方程。P－V图的等值线：（1）等体线，（2）等压线，（3）等温线§7-2热力学第一定律内能：只考虑系统热运动的能量，可通过作功和传热来改变它；功：使规则运动能量向无规则能量的转化；80热：无规则能量的转化。一

6、热力学第一定律热力学第一定律表述：系统吸热Q一部分用于增加系统内能，一部分用于系统对外做功A。(能量转化和守恒定律在热力学的具体表达)符号规定：Q：系统吸入热量为正，系统放出热量为负；：系统内能增加为正，系统内能减少为负；A：系统对外界做功为正，外界对系统做功为负。讨论：（1）热力学第一定律适用于任何热力学过程，包括气、液、固态变化的准静态过程和非静态过程。（2）虽然功可以转变为热量，热量可以转变为功，但功和热量之间的转换不80是直接的，而是通过系统来完成的。如：气体等温膨胀过程，系统从外界吸收热量来增

7、加内能，随之系统又减少其内能对外作功。（3）另一种表达:第一类永动机不可能制成。二准静态过程中的体积功与系统体积变化相联系的功------体积功。如图气缸气体膨胀。图7-3体积功图7-4体积功的图示设活塞面积为S，气体压强为P80，活塞向外移动dx距离时，元功为式中:为气体膨胀时体积微增量，dV＞0，为气体膨胀时系统对外界做正功；dV＜0，为气体压缩时系统对外界做负功。系统体积功为(7-3)(适用于任何形状的容器)表示:之间过程曲线下的面积(可计算面积)，见图阴影。强调:1）功A是过程量。系统从状态1到

8、达状态2，可沿不同过程曲线，所做的功不同。体积功不是态函数，而是过程量。802）热量Q是过程量。按热力学第一定律，两状态间不同过程，相同，功A不同,Q也不相同。三摩尔热容1.热量计算(1)按热力学第一定律计算;(2)根据热量与温度间的关系计算。2.摩尔热容定义为1摩尔物质升高(或降低)单位温度吸入(或放出)热量。表示为:(7-4)式中：dQ为无限小热力学过程中系统吸收热量，dT为温度变化，为系统摩尔数。注意：（1）Cm与过程相关，对不同过程